学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

生物质基合成气制醇类燃料的研究和过程设计

作　者: 王世磊
导　师: 孙培勤；陈俊武
学　校: 郑州大学
专　业: 工业催化
关键词: 生物质合成气燃料醇低碳醇过程设计流程模拟多联产
分类号: TQ517
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 121次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

生物质存在多种能源化利用方式,热化学法将生物质制成燃料是其中的一种。本文对生物质经热化学法制低碳醇进行了研究,重点研究的过程是：生物质经气化炉气化后制成粗合成气,经净化与调变后,在合适的低碳醇催化剂和合成工艺条件下,合成气转化成低碳醇。在该过程开发中,应当注意以下几个方面：生物质具有分散性与季节性,能量密度低,需要建立完善的原料收集体系；不同的气化炉产生的合成气组分不同,需要合理选取炉型；不同催化剂的氢碳比要求不同,选择时要兼顾气化炉出口气组成；醇燃料中燃料乙醇推广较为成熟；制醇联产可选电或其他化工产品；更多的标准和完善的醇燃料配送体系,利于醇类燃料走向市场化。对合成气制低碳醇的技术评述,重点放在了催化剂、催化合成工艺以及产物分离技术。目前,国内现有的催化剂存在选择性低和有烃类副产等诸多问题。浆态床反应器有很好的移除反应热的作用；两段反应器的设置利于改善醇合成的效果。低碳醇产物的分离方法主要是精馏法和分子筛脱水。对生物质热化学法制低碳醇的过程概念设计与研究,主要考察了合成气循环重整分率、甲烷转化率、BCL和GTI炉并联、甲醇部分循环对过程的影响。通过模拟发现：BCL炉气化制低碳醇过程,需要解决过程中的高甲烷含量,醇-水-烃类-合成气的复杂体系如何分离的问题。通过对建立的制醇模型分析发现：合成气的循环重整分率是影响过程的显著因素；甲烷转化率有必要提高；甲烷转化率提高,可降低过程的甲烷含量和提高过程的H2/CO摩尔比,不利之处是降低了合成气的循环重整分率；GTI炉的引入仅起到缓和工艺条件的作用,不能有效降低过程的水与甲烷含量；GTI炉在能量利用上仍有改进的余地；增加甲醇循环量具有降低H2/CO摩尔比的作用。总体而言,高甲醇循环量和高合成气循环重整分率均利于低碳醇生产。为降低过程的甲烷含量和提高物质利用率,建立了新的过程设计模型。新的模型中,主产品为燃料乙醇和合成天然气,副产品为硫和丙醇以上的低碳醇。新的模型没有集成提供H2源的电解水工艺或将部分CO进行甲烷化以生产天然气的工艺。在建立BCL炉气化制燃料乙醇联产合成天然气(SNG)的模型前,先后进行了直接脱除甲烷和增加CO变换装置的可行性分析。在酸气脱除装置后增加甲烷吸附装置,对降低过程的甲烷含量的效果比较好；引入了CO变换装置之后,可以实现90%以上的甲烷脱除。对建立的联产模型进行进一步的衡算分析发现：新的工艺条件下,合成气在循环过程中,甲烷含量可以保持在较低的浓度,低碳醇的合成条件得到有效满足。不考虑醇类水蒸气重整时,每1000kg杨木(含水量50%)可以生产乙醇72.95kg,SNG 44.24kg；杨木中34.06%的C转化为产品,余下的C以C02形式排放；醇类重整反应计入和C02重整反应的引入不利于过程的C02减排,但可增加燃料乙醇产量。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 引言  11-14
2 文献综述  14-30
  2.1 热化学法制醇应考虑的问题  14-19
    2.1.1 原料来源与稳定性  14
    2.1.2 生物质气化方式  14-15
    2.1.3 催化剂与合成气氢碳比  15-16
    2.1.4 产品结构与多联产  16-17
    2.1.5 醇燃料标准化与推广  17-19
  2.3 合成气制低碳醇的技术评述  19-29
    2.3.1 低碳醇催化剂  19-20
    2.3.2 低碳醇催化剂专利现状  20-25
    2.3.3 低碳醇的催化合成与工艺  25-27
    2.3.4 产物分离与低碳醇脱水技术  27-28
    2.3.5 低碳醇汽油标准与专利  28-29
  2.4 生物质基合成气制醇的开发现状  29-30
3 生物质热化学法制低碳醇的过程概念设计与研究  30-61
  3.1 过程概念设计的研究方法  30-36
    3.1.1 NREL工艺分析方法  30-31
    3.1.2 ASPEN软件在工艺分析与经济评价中的应用  31-34
      3.1.2.1 ASPEN软件简介  31-33
      3.1.2.2 软件应用实例与存在问题  33-34
    3.1.3 本文的研究方法  34-36
  3.2 BCL炉气化制低碳醇的模型建立  36-41
    3.2.1 NREL的两种生物质制醇工艺比较  36-37
    3.2.2 BCL炉气化制低碳醇的工艺设计  37-38
    3.2.3 BCL炉气化制低碳醇的流程参数选定  38-41
  3.3 BCL炉气化制低碳醇的过程工艺分析  41-46
    3.3.1 合成气循环重整分率对工艺的影响  41-44
      3.3.1.1 对醇合成反应器进出口H_2/CO摩尔比的影响  41-42
      3.3.1.2 对醇合成反应器进口惰性组分影响  42-43
      3.3.1.3 对醇合成产物的影响  43-44
    3.3.2 甲烷转化率对工艺的影响  44-45
      3.3.2.1 对醇合成反应器进口H_2/CO摩尔比的影响  44
      3.3.2.2 对醇合成产物的影响  44-45
    3.3.3 含水量分析与BCL炉产焦估算  45-46
      3.3.3.1 过程含水量分析  45
      3.3.3.2 BCL炉产焦估算  45-46
  3.4 BCL炉和GTI炉并联气化制低碳醇探讨  46-55
    3.4.1 两炉并联模型建立  46-47
    3.4.2 BCL炉和GTI炉的模拟与验证  47-49
    3.4.3 粗合成气组成影响分析  49-50
    3.4.4 双炉联产讨论  50-55
      3.4.4.1 生物质进料分配率选择  52-53
      3.4.4.2 优化条件下甲烷含量分析  53-54
      3.4.4.3 优化条件下含水量分析  54
      3.4.4.4 优化条件下低碳醇产品构成分析  54-55
  3.5 优化条件下两种制醇工艺比较  55-56
    3.5.1 BCL炉气化制低碳醇工艺寻优  55
    3.5.2 BCL炉气化与双炉气化制低碳醇比较  55-56
  3.6 甲醇部分循环对低碳醇产品的影响  56-60
    3.6.1 新模型建立  56-58
    3.6.2 新模型寻优  58
    3.6.3 优化条件下甲醇部分循环对BCL炉制低碳醇的影响  58-59
    3.6.4 优化条件下甲醇部分循环对两炉并联制低碳醇的影响  59-60
  3.7 本章小结  60-61
4 生物质制燃料乙醇联产合成天然气的过程设计  61-82
  4.1 合成气工艺集成或联产天然气的研究  61-63
  4.2 联产工艺设计  63-69
    4.2.1 三种去甲烷装置添加方案试分析  63-66
      4.2.1.1 气化炉出口气处添加  63-64
      4.2.1.2 气体净化后添加  64-65
      4.2.1.3 循环气进入焦油重整器前添加  65-66
      4.2.1.4 三种添加方案比较  66
    4.2.2 CO变换装置添加的可行性  66-67
    4.2.3 部分工段的增加部分  67-69
  4.3 过程衡算与分析  69-79
    4.3.1 新的工艺方案  69
    4.3.2 选定的定态条件  69-71
    4.3.3 过程衡算结果  71-79
  4.4 醇类水蒸气重整计入的过程衡算  79-81
    4.4.1 含醇类重整的衡算结果  79-80
    4.4.2 CO_2重整与减排探讨  80-81
  4.5 本章小结  81-82
5 结语与展望  82-84
  5.1 本文结论  82-83
  5.2 研究展望  83-84
参考文献  84-90
个人简历  90
在学期间发表的学术论文与研究成果  90-91
致谢  91

生物质基合成气制醇类燃料的研究和过程设计

内容摘要

全文目录

相似论文